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南水北調中線“咽喉工程”首條穿黃隧洞全線貫通
  • 點擊數:1415     發布時間:2010-06-23 13:28:00
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國務院南水北調辦主任張基堯介紹,穿黃工程是南水北調中線最具技術難度的“咽喉工程”,也是國內最大的穿越大江大河的工程。
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                                    施工中的南水北調中線穿黃工程隧洞。

                   

                        南水北調中線穿黃工程三維效果圖。

    22日10時18分,河南滎陽南水北調中線穿黃工程工地,“穿越號”盾構機經過720個日夜、4250米的掘進,順利到達黃河南岸隧洞的進水口,這標志著南水北調中線穿黃工程上游隧洞全線貫通,實現了南水北調干線穿越黃河的決定性勝利。

    國務院南水北調辦主任張基堯介紹,穿黃工程是南水北調中線最具技術難度的“咽喉工程”,也是國內最大的穿越大江大河的工程。穿黃隧洞與黃河十字立交,各行其道,其任務是將長江水從黃河南岸輸送到北岸,向黃河以北地區供水,在水量豐沛時還可以向黃河相機補水。一期工程設計流量為265立方米每秒,加大流量為320立方米每秒,到2014年工程通水后,年均可調水95億立方米。

    據悉,南水北調穿越黃河,過去曾有地上渡槽“飛渡”和地下隧洞“穿越”兩個不同方案,經過專家多年的反復論證,最終選擇了技術較成熟的地下盾構隧洞方案。

    南水北調中線建管局局長石春先說,穿黃工程主體建筑物設計洪水標準為300年一遇,地震設計烈度為7度,總投資為31.37億元。兩條引水的穿黃隧洞位于河南鄭州市境內的黃河上游,每條隧洞總長4250米、直徑7米,在黃河底部最大埋深35米,最小埋深23米,隧洞采用兩次襯砌加固工藝,以確保輸水安全。 (記者趙永平)

    國內最大穿黃隧洞全線貫通,看南水北調如何穿越黃河——

    黃河底部,4250米的穿越

    6月22日10時18分,河南滎陽,南水北調中線穿黃工地,“穿越號”盾構機經過720個日夜、4250米的掘進,順利到達黃河南岸隧洞的進水口,這標志著國內最大的穿黃隧洞——南水北調中線穿黃上游隧洞全線貫通,清澈的漢江水將由此北上,與滔滔黃河十字立交,各行其道。這是國內第一次采用大直徑隧洞穿越黃河,國內水利工程最深的盾構始發,隧洞雙層襯砌的結構型式在世界前所未有……這不僅是空間的穿越,也是無數工程技術難題的穿越。

    在黃河下最深35米處,如何挖掘數公里長的隧洞?如何防范漏水和坍塌?技術難題是如何解決的?

    黃河底部隧洞怎么挖?

    直徑9米的盾構機,挖洞就像電動剃須刀刮胡子

    南水北調中線工程從長江支流漢江上的丹江口水庫引水,沿伏牛山和太行山一路北上,在鄭州市附近穿越黃河。

    然而,要在黃河底部鑿出兩條長4250米的隧洞,每條隧洞直徑7米,談何容易!“穿黃不通,千里無功。”南水北調中線建管局局長石春先說,穿黃工程是南水北調中線的關鍵性工程,是整個干線工程的“咽喉”,也是技術難度最大的工程。

    在黃河底部35米深處怎么挖隧洞?

    中線河南直管建管部總工王江濤說,穿黃工程使用的盾構機直徑達9米,總長度80米,重量達1166噸。盾構機前面有一個刀盤,刀盤上有145把刀片,刀盤旋轉,把大塊土體切成小碎塊,就像電動剃須刀刮胡子。

    據介紹,工程人員首先在黃河北岸開挖兩個直徑18米,深76米的豎井,然后從兩口豎井中放置盾構機,2007年7月和2008年3月下游線和上游線盾構分別順利始發,自北向南開挖黃河隧洞。

    盾構機主機如同火車頭,輔助部件像一節節車廂,盾殼鋼板以抵抗地下高水土壓力。工作時,后面的推進系統有14組千斤頂,總推力6034噸,千斤頂頂在已拼好的管片側壁,牽引整臺盾構機,以每天10多米的速度向前推進。

    如何對付復雜地層?

    隨時調整技術參數,帶壓進倉更換刀具

    “黃河河底千百年來沉積的膠結泥沙,結構復雜,甚至幾百米一個樣。”王江濤比喻說,穿黃盾構像在骨肉相連的一板肉上切割,不得不經常調整刀具的運行參數,摸著石頭過河。

    長江水利委員會勘測設計院副總工程師符志遠說,盾構機每前進一段,就要提供一張地質縱向剖面圖,告訴它前方是什么地質,應該采取哪些技術措施,如何調整技術參數。

    王江濤說,盾構機的145把刀具,每種刀具“各司其職”,如切削采用大尺寸刮刀,減少開挖時產生細顆粒,適應帶有礫石的土壤條件;先行刀和齒刀布置在刮刀前面,可預先松動刮刀前的土壤;鏟刀用于清理外圍開挖的渣土;滾刀用于對硬物的開挖等。

    盾構機刀具不可避免地會受到磨損,刀片崩了怎么辦?中鐵十六局項目部副經理吳慶紅說,帶壓進倉檢查盾構機、更換刀具,生產人員要在相當于水下 35米的壓力的環境下作業。經過專業培訓的進倉人員,共完成1600多人次、400多倉帶壓進倉作業。

    另外,技術人員通過焊接增加30多把刀,降低了刀具磨損程度,在滾刀上增加合金柱,強化了耐磨性,適應穿黃復雜地層的掘進。

    怎樣防滲水防坍塌?

    2156環管片嚴絲合縫,保證隧洞滴水不漏

    穿黃隧洞橫臥黃河水下,不僅要承受黃河水壓,還要承受河床土體壓力,一旦發生滲水、坍塌,后果不堪設想。

    中線河南直管建管部部長高必華介紹,盾構機每前進1.6米,就要停下來“喘口氣”。施工人員要馬上給隧洞安裝管片,7片弧形的管片緊貼隧洞一圈。管片由鋼筋混凝土澆筑,每環厚度達40厘米,重6噸,每片之間還要用雞蛋一樣粗的螺絲上緊,可以支撐整個隧洞壓力。

    為了防止滲漏,隧洞設計三層保護措施:外部的管片邊緣都有橡膠條,遇水膨脹能讓管片連接得無縫隙,把水和泥沙擋在外面;中間是一層有保護膜的鋼絲網,起到第二層防護作用;內襯還有第三層保護,保證滴水不漏。

    管片拼裝也容不得閃失。盾構工區長宋昀東說,2007年8月黃河北岸盾構機向前推進了10環后卻意外地停了下來,阻擋前進的就是管片拼裝——安裝超出規定值,則會出現涌水涌沙,甚至整條隧洞塌陷。于是,院士、專家、技術人員趕到工地調研,經過半年反復的論證、試驗,改變插入角、增加防裂鋼筋,通過6項技術改進,管片終于環環緊扣,接縫被堵得嚴嚴實實。

    科學設計再加上嚴格施工,4250米的隧洞,2156環管片,片片精準,環環相扣,嚴絲合縫,保證了隧洞滴水不漏。

    如何保證挖偏精度?

    貫通誤差控制在50毫米以內

    差之毫厘,失之千里。精確的掘進方向對于穿黃隧洞工程至關重要。

    “這里沒有差不多的概念。”王江濤說,整個穿黃隧洞,3450米的直隧洞,只允許有千分之一的傾斜度,而最后的800米傾斜隧洞,傾斜度達到 4.91%,這是一項高難度的挑戰。

    精準測量引導著盾構機準確前行。中鐵項目部測量工程師李連朝說:“平常一個施工項目,GPS定位系統最多用到三四臺,在這個項目上,我們增加到八九臺。”為了“精確”二字,他們付出了更多的努力,幾公里長的穿黃隧洞,前后共組織了8次測量。

    業主、監理、建設者共同努力,3450米的穿黃直隧洞,實際貫通誤差控制在了50毫米以內,這在國內實屬罕見。

    隧洞“患病”怎么辦?

    3年—5年大修一次,維修車輛可直驅入洞

    穿黃工程主體建筑物地震設計基本烈度為7度,防洪標準按黃河300年一遇洪水設計,北岸河灘明渠及新、老蟒河交叉建筑物,按100年一遇洪水設計。另外,在穿黃隧洞進口、出口、工作閘門、退水洞門等處,均設有防冰凍設備,在渠道邊坡,設有聚苯乙烯塑料保溫板。

    但隧洞建成通水后,也免不了進行檢修。黃河南岸豎井800米傾斜隧洞,就是為此而特別設計建造的。

    王江濤說,隧洞建成后,維護時可關閉雙洞隧道中的一個,對另一隧洞進行維護和搶修,不影響正常輸水。雙洞隧道內直徑為7米,維修車輛可直驅入洞。

    根據設計,半年左右將放空其中一個隧洞的水檢查一次,隧洞每年有15天至30天檢修期,每3年至5年安排30天至60天大修。

    此外,隧洞內還布置有現代化的觀測儀器,洞內受力、變異等情況,通過觀測儀器在自動控制室即可看到。維修時,啟用抽水系統,把水從洞內排到黃河或渠道里,排空時間為80個小時。

    720多個日夜,對于古老的黃河,只是一瞬。但對于南水北調建設者,穿黃隧洞完成了一次歷史的穿越。

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